CN113929836B - 高分散降粘型减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高分散降粘型减水剂及其制备方法，该减水剂主要由以下几种材料制备而成：38.2‑45.5份醇头、315.2‑332.4份环状单体、2.2‑2.9份催化剂、36.6‑38.1份酸类物质、1.3‑4.5份还原剂、0.5‑1.6份引发剂、0.6‑1.3份链转移剂、5.3‑6.8份中和剂，其余为水。本发明通过自制功能复合型聚醚单体，设计其分子结构、调控其分子量大小以及环氧化物的嵌段方式，合成出高双键保留率窄分子量分布的聚醚，进一步制备高分散降粘型聚羧酸减水剂。

Description

高分散降粘型减水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高分散降粘型减水剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着工程规模不断扩大，科技水平不断提高，有特殊功能要求的重要建筑的不断出现，如摩天大楼、超大跨桥梁、高速铁路及巨型水利枢纽工程的建设等，要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优的稳定性。减水剂是构成高性能混凝土重要组分之一，减水剂可以使混凝土在使用过程中减少其用水量，并提高其使用耐久性，提高强度。羧酸系高性能减水剂具有掺量低、减水率高、保塌性能好、等优点，成为国内外混凝土减水剂研究开发重点。但目前市场上现有的聚羧酸减水剂均存在一些不足，水泥适应性差，对含泥量较高的混凝土出现保塌性不足的缺陷，离析·泌水现象以及不同材料相容性不好，和易性差等问题。

专利CN108484897A公开了一种聚氧烯烃醚单体及用其制备聚羧酸减水剂的方法；其以甲基烯丙基醇为起始剂，加入预聚体及催化剂反应制备聚氧烯烃醚单体；再制备聚羧酸减水剂。由于甲基丙烯醇分子结构本身的甲基位阻作用导致制备的聚醚分子量大小分布范围宽，最终制备的减水剂由于醚的甲基侧链位阻作用导致减水剂的活动性被限制，减水剂适应性存在问题。

专利CN109880076A公开了一种混合醇聚氧乙烯基醚减水剂大单体及其制备方法和应用，其中混合醇聚氧乙烯基醚减水剂大单体制备时，在氮气气氛下，采用氢氧化钾、钠系催化剂、甲基烯丙醇、异戊烯醇与环氧乙烷进行混合搅拌反应，合成得到混合醇聚氧乙烯基醚中间体，混合醇聚氧乙烯基醚中间体再与环氧乙烷在氮气气氛下进行反应，合成得到最终产物混合醇聚氧乙烯基醚，其是一种用于制备聚羧酸减水剂的大单体。由于制备聚醚过程中只选择了环氧乙烷作为聚合单体，最终制备的减水剂保水增粘作用太强，减水分散性能较差。

专利CN 109880019A公开了一种和易性好、适应性广的聚羧酸减水剂及其制备方法。合成原料中含有乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、不饱和磺酸基共聚单体、不饱和酯基共聚单体、不饱和羧酸共聚单体、引发剂、还原剂、链转移剂、液碱和水；通过引入乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(2+2新型活性大单体)，在常温通过自由基聚合反应合成出了聚羧酸高性能减水剂，最终制得聚合活性更高、生产工艺简单、减水保坍性能优异，和易性良好能够适应不同材料实际使用需求的新型高和易性聚羧酸高性能减水剂。不饱和磺酸基共聚单体与羧基单体的反应活性存在较大差异，聚醚单体活性高，聚合单体的活性差距大，分子结构调控困难，难以充分发挥2+2新型聚醚高减水优势。

发明内容

本发明提供一种高分散降粘型减水剂及其制备方法，能够很好地解决减水剂的适应性和敏感性问题，同时能够适当提高混凝土抗冻性能与后期的机械抗压强度。

本发明的技术方案是，一种高分散降粘型减水剂及其制备方法，包括按重量份计的以下原料：醇头38.2-45.5份、环状单体315.2-332.4份、催化剂2.2-2.9份、丙烯酸36.6-38.1份、还原剂1.3-4.5份、引发剂0.5-1.6份、链转移剂0.6-1.3份和中和剂5.3-6.8份，其余为水，总质量为1000份；所述的醇头为环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚、2-乙氧基-3-丁烯-1-醇、3-烯丙氧基-1,2-丙二醇中的一种或几种。

进一步地，所述的醇头为环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚、2-乙氧基-3-丁烯-1-醇的混合物。

更进一步地，醇头中环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚与2-乙氧基-3-丁烯-1-醇的质量比为3:1。优选丙烯酸与醚类化合物的酸醚摩尔比为4.5：1。

进一步地，所述的环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷中的一种或两种。优选质量比为3:2的环氧乙烷和环氧丙烷的组合物。

进一步地，所述催化剂为无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、卤化氢、芳基磺酸、无机磷化合物、羧酸、有机阳离子交换树脂、苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氰化钠、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC中的一种或几种。最优选为质量比为4:3的氢氧化钾和氰化钠的组合物。

进一步地，所述还原剂为连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、次亚磷酸钠中的一种或几种。最优选质量比为1:3的甲醛合次硫酸氢钠和麦芽糖糊精的组合物。

进一步地，所述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种。最优选质量比为2:1的过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二叔丁基的组合物。

进一步地，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的一种或几种。最优选质量比为2:3的巯基乙酸和巯基丙酸的组合物。

进一步地，所述中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、甲醇钠、乙醇钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种。最优选质量比为1:4的氢氧化钠和碳酸钠的组合物。

制备上述高分散降粘型减水剂的方法，包括以下步骤：

S1、将醇头与催化剂混合，氮气置换后抽真空至表压-0.085--0.098MPa，升温至115-120℃开始脱水1～2h，测氧含量合格后，降温至110-115℃加入环状单体，控制压力小于0.4MPa，于100-110℃保温老化至负压，降温出料，得到粗聚醚；

S2、将粗聚醚置于反应釜中，氮气负压置换3次，升温至100-115℃搅拌1-2h，降温至75-80℃，后加入蒸馏水搅拌1-2h，边抽真空边升温至110-120℃，降温出料，得到成品聚醚；

S3、将制得的成品聚醚加入反应釜中，升温至45℃，将还原剂、引发剂、链转移剂加水配成A液，将丙烯酸加水配制成B液，同时将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加1-1.5小时，B液滴加1.5-2小时，滴加完B液后保温1-1.5小时后降温至常温

S4、向S3所得物料中加入中和剂调节pH为6-7，加入剩下的水，即得高分散降粘型减水剂。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用不同结构与活性的醇头起始剂与环氧丙烷和环氧乙烷进行聚合，制备含环状结构和聚醚嵌段分布的功能复合型聚醚单体，接着再用这种单体与不饱和酸通过水溶液自由基聚合制备减水剂，通过自制聚醚制备的减水剂具有优异的吸附分散性能和微引气作用，能够和好的解决减水剂的适应性和敏感性问题，同时能够适当提高混凝土抗冻性能与后期的机械抗压强度。

2、本发明制备聚醚时使用的醇头包含环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚，其中环己基具有很好的空间位阻和疏水作用，降低了分子主链缠绕的可能，提高减水剂的分散增强性能与减水率。

3.本发明使用环氧丙烷与环氧乙烷混合物作为制备聚醚的原材料，调控聚醚的亲疏水平衡，合理控制减水剂侧链水膜厚度与引气作用，提高减水剂的减水率和适应性，大大降低泌水率并发挥一定后期增强作用。

4、本发明通过自制功能复合型聚醚单体，设计其分子结构、调控其分子量大小以及环氧化物的嵌段方式，合成出高双键保留率窄分子量分布的聚醚，进一步制备高分散降粘型聚羧酸减水剂。其制备的减水剂固含量在38-43％。

附图说明

图1为实施例4减水剂制备的水泥水化7d龄期SEM分析图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

一种高分散降粘型减水剂及其制备方法，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，其中

环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚40.5份、环氧乙烷192份、环氧丙烷127.5份、质量比为1:1的苯酚铝和DMC的组合物2.3份、丙烯酸37.9份、质量比为2:3的抗坏血酸和次亚磷酸钠的组合物2.1份、质量比为1:1的偶氮二异丁腈和过氧化二碳酸二环己酯的组合物0.8份、质量比为2:3的巯基乙酸和巯基丙醇的组合物0.6份、质量比为3:1的三乙醇胺和三异丙醇胺的组合物5.8份、其余为水。

该高分散降粘型减水剂的其制备方法，具体步骤如下：

步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入40.5份环己基-1，4-二甲醇单乙烯基醚和0.3份质量比为1:1的苯酚铝和DMC的组合物，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至120℃开始脱水1.3h，测氧含量，待氧含量合格后，降温至115℃。开始向反应釜通入环状单体，向反应釜中通入319.5份环状单体混合物(环氧乙烷和环氧丙烷)，控制压力小于0.4MPa，通完后于103℃保温老化至负压，降温出料，得到粗聚醚。

步骤二：将粗聚醚置于反应釜中，氮气负压置换3次，升温至110℃搅拌1.6h，降温至80℃，后加入蒸馏水搅拌1.8h，边抽真空边升温至120℃，降温出料，得到成品聚醚。

步骤三：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至45℃。将2.1份质量比为2:3的抗坏血酸和次亚磷酸钠的组合物、0.8份质量比为1:1的偶氮二异丁腈和过氧化二碳酸二环己酯的组合物、0.6份质量比为2:3的巯基乙酸和巯基丙醇的组合物和水配制成A液，将37.9份丙烯酸和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加1小时，B液滴加1.5小时。滴加完B液后保温1小时制得聚醚类减水剂。

步骤四：将5.8份质量比为3:1的三乙醇胺和三异丙醇胺的组合物加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000，即得到所需的聚醚类减水剂溶液。

实施例2-6与实施例1类似，其中各组分部分参数参见表1；制备过程部分参数参见表2。

表1

表2

将本发明实施例提供的产品与常规聚羧酸减水剂(湖北腾辰科技-TC900BD混合型聚羧酸减水剂)制备成C30混凝土试样并进行检测，检测结果参见表3。

测试参考方法或者标准为降粘性能测试；以净浆流动度表征降粘性能，参照GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，所用的水泥为华新P.O 42.5水泥，采用水泥300g、水105g和减水剂1.5g制得净浆进行测试，并分别测试初始0时、1h后的净浆流动度；净浆流动度越高，降黏程度越高。

性能检测试验采用重量份数比为4:1的石灰石、河砂作骨料，外掺以各实施例和对比例的制备方法制得的减水剂，且减水剂的用量占骨料的5％，参照JTGE3-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，制得100mm×100mm×100mm混凝土试件。混凝土强度测试：将混凝土试件放入(20±1)℃标准养护室中养护24h，拆模后继续养护至7d的龄期，参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，以压力试验机测定抗压强度，加荷速度取每秒钟0.3-0.5MPa。测试结果如下表3所示。

表3

本次实验检测用水泥成分如下表4所示：

表4华新P.O 42.5水泥化学成分

根据上述初始流动性与1h流动性比较，本发明的减水剂实施例的减水率较普通减水剂要高，流动性损失也较普通减水剂更小；实施例的抗冻融能力比普通减水剂混凝土更强，通过微小引气作用相同冻融次数下本发明的减水剂实施例损失更小，且实施例的混凝土7d抗压强度均较普通减水剂强，说明本发明制备的减水剂具有优异的分散增强性能，引入的气泡较小，在提高减水率的同时能够提高混凝土抗冻性能。

对实施例4水泥水化7d龄期的水泥样品进行微观SEM分析如图1所示，

由图1可知，C₃S水化凝胶多数呈现球状或锡箔状，容易观察到薄板状或叠片状的CH。纤维状凝胶一般出现在水化初期；具有锡箔状或球状的凝胶，一般是矿物水化到一定程度才会明显出现。因此可以见得，本发明制备的减水剂具有优异的分散性能，能显著促进水泥早期水化作用与强度数据相对应。

Claims (2)

1.一种高分散降粘型减水剂，其特征在于，由按重量份计的以下原料制成：醇头为环己基-1,4-二甲醇单乙烯基醚45.5 份；环状单体为环氧乙烷195 份和环氧丙烷 130份；催化剂采用质量比为4:3 的氢氧化钾和氰化钠的组合物2.5 份；丙烯酸37.5份；还原剂采用质量比为1:3的甲醛合次硫酸氢钠和麦芽糖糊精的组合物 2.5 份；引发剂采用质量比为2:1的过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二叔丁基的组合物0.6份；链转移剂采用质量比为2:3的巯基乙酸和巯基丙酸的组合物0.9 份；和中和剂采用质量比为1:4的氢氧化钠和碳酸钠的组合物6.2 份；其余为水，总质量为1000份。

2.权利要求1所述高分散降粘型减水剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将醇头与催化剂混合，氮气置换后抽真空至表压-0.085--0.098MPa，升温至120℃开始脱水1.5h，测氧含量合格后，降温至110-115℃加入环状单体，控制压力小于0.4MPa，于106℃保温老化至负压，降温出料，得到粗聚醚；

S2、将粗聚醚置于反应釜中，氮气负压置换3次，升温至108℃搅拌1.2h，降温至80℃，后加入蒸馏水搅拌1.6h，边抽真空边升温至110-120℃，降温出料，得到成品聚醚；

S3、将制得的成品聚醚加入反应釜中，升温至45℃，将还原剂、引发剂、链转移剂加水配成A液，将丙烯酸加水配制成B液，同时将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加1小时，B液滴加1.6小时，滴加完B液后保温1-1.5小时后降温至常温；

S4、向S3所得物料中加入中和剂调节pH为6-7，加入剩下的水，即得高分散降粘型减水剂。